一文了解單IC增益模塊提供的精密增益

Chau Tran ADI公司

許多應(yīng)用都需要利用增益模塊來放大弱信號或衰減大信號，使之與ADC的滿量程輸入范圍匹配。遺憾的是，采用分立放大器和外部電阻的典型增益模塊有很多缺點，例如低精度和漂移限制等。舉例來說，采用標(biāo)準(zhǔn)1%、100 ppm/°C增益電阻時，初始增益誤差可能達(dá)到2%，溫漂可能達(dá)到200 ppm/°C。一般而言，人們可以使用精密電阻來實現(xiàn)精密增益設(shè)置，但這種電阻很昂貴，而且要占用寶貴的PCB空間。另外，每個電阻的溫漂情況不同，故增益也可能隨著溫度而變化。因此，人們需要一種單芯片放大器，它能放大或衰減信號，但性能不會有任何降低。

圖1和圖2所示IC框圖配置是性能更高、成本更低、尺寸更小的解決方案。就此功能而言，這種集成產(chǎn)品是尺寸最小的，電路無需其他外部元件。

圖1. 連接精密增益模塊以提供3和6的電壓增益

圖1中的IC為AD8273，它是一款低失真、雙通道放大器，內(nèi)部具有增益設(shè)置電阻。利用四個已調(diào)整電阻，各通道可配置為高性能差動放大器（G = ？或2）、反相放大器（G = –？或–2）或同相放大。器（G= 1？或3）。將兩個放大器組合起來，可以構(gòu)建一個增益可變（？、？、1、2、3、4和6）的增益模塊。該電路可以采用單電源或雙電源供電，最大電源電流僅為5 mA。

雖然可以采用分立方式構(gòu)建此電路，但將電阻集成在芯片上可以給電路板設(shè)計人員帶來許多好處，如直流規(guī)格更佳、交流規(guī)格更佳、生產(chǎn)成本更低等。內(nèi)部電阻經(jīng)過激光精密調(diào)整，保持嚴(yán)格匹配。相比于采用標(biāo)準(zhǔn)分立電阻的放大器設(shè)計，這種IC依賴電阻匹配的規(guī)格（如增益漂移、共模抑制、增益精度等）更好。這種集成還縮短了電路板構(gòu)建時間并提高了可靠性。

正負(fù)輸入引腳故意未接出。把這些節(jié)點留在內(nèi)部意味著其電容要顯著低于分立設(shè)計中的電容。由于這些節(jié)點的電容較低，因此環(huán)路更穩(wěn)定，AC共模抑制性能更好。

該電路支持±2.5 V（5 V單電源）至±18 V（36 V單電源）的寬電源電壓范圍，非常適合測量工業(yè)應(yīng)用中的大信號。此外，該器件的電阻分壓器結(jié)構(gòu)允許其測量超出電源的電壓。

圖2. 連接精密增益模塊以提供？和？的電壓增益。

圖2所示的AD8273類似電路配置提供增益為？或？的衰減。增益模塊本身內(nèi)含兩個差動放大器，各放大器的增益為0.5。因此，VOUT1輸出電壓提供？的精密增益，VOUT2輸出電壓提供？的精密增益。

所有電阻都在增益模塊內(nèi)部，故精度和漂移指標(biāo)均很出色。通常，此類電路的增益精度優(yōu)于0.1%，增益溫度系數(shù)低于5 ppm/°C。由于電路集成到一個芯片中，而不是將數(shù)個分立器件放在PCB上，所以電路板的制作速度更快且效率更高。

最后，很容易看出，集成放大器且內(nèi)置增益設(shè)置電阻的增益模塊相比于分立放大器設(shè)計有許多優(yōu)勢?？梢赃B接很多帶有片內(nèi)電阻的IC以提供各種各樣的選項。此外，相比于分立設(shè)計，使用片內(nèi)電阻給設(shè)計人員帶來了多項性能優(yōu)勢，因為運算放大器電路的大多數(shù)直流性能取決于周圍電阻的精度。內(nèi)部電阻經(jīng)過激光調(diào)整，并經(jīng)過測試以確保匹配精度。因此，該IC在增益漂移、共模抑制和增益誤差等諸多特性上都達(dá)到了很高的要求。其節(jié)省空間的封裝可減少PCB占用面積?？傊?，單芯片增益模塊可簡化布局，降低成本，并自動改善系統(tǒng)能。